中國混動汽車動力總成技術(shù)路線研究

許敏張亦嘉受國家政策鼓勵和消費者偏好驅(qū)動，加之在內(nèi)燃術(shù)積累以及在電動化動力方面的先發(fā)優(yōu)勢，2021主品牌車企厚積薄發(fā)，發(fā)布了兼具多樣性與創(chuàng)新性的混動技術(shù)，推出了一批強競爭力的混動車型。目前，增程式電動此外，部分車企持續(xù)發(fā)展并聯(lián)混動技術(shù)以滿足細(xì)分市場動力要求，或融合串并聯(lián)與功率分流兩大混聯(lián)混動技術(shù)以實現(xiàn)更1串聯(lián)混動(增程式電動汽車)2018年，理想ONE增程式運動型多用途汽車(sp電池容量遠超常規(guī)串聯(lián)混動車型，開創(chuàng)了具有中國特色的插電式串聯(lián)混動技術(shù)路線。超長續(xù)航、無補能焦慮使其在受到市場歡迎，自2019年底開始交想ONE累計銷售超20萬輛。增程式電動汽車新賽道增程式車型SL03。新勢力車企方面，202為市場新寵，幾乎所有中國主流新老勢力車企都看中這一賽道，競相開發(fā)面向更廣泛市場的增程車型。目前中國乘用車市場動力電池和單速減速器，實現(xiàn)純電驅(qū)動、串聯(lián)增程、串聯(lián)混動和制動能量回收4種工作模式。由于增程系統(tǒng)中發(fā)動機僅用于而無法直驅(qū)車輛，所產(chǎn)生的能量流需經(jīng)多重轉(zhuǎn)換，因此增程式電動汽車常被詬病具有能量轉(zhuǎn)換效率低、虧電油耗高、高速動力性差等問題，被認(rèn)為落后于其他插電式強混技術(shù)。然而，上述觀點的產(chǎn)生很大程度上源自對增程技術(shù)的偏見與誤解。一般來說混動構(gòu)架越復(fù)雜開發(fā)難度越高，但是如果能實現(xiàn)同樣的整車動力需求目標(biāo)，構(gòu)架越簡單成本越優(yōu)。因此結(jié)構(gòu)簡單并不等同于技術(shù)落后，大道至簡，做智慧的減法才是未來中國汽車行業(yè)技術(shù)發(fā)展的真正油續(xù)航里程，遠超傳統(tǒng)汽車400km的最低續(xù)航標(biāo)準(zhǔn)。而在車過程中，增程式電動汽車很少真正落入虧電工況，所謂虧電油耗和虧電最高車速是基于小概率事件的偽需求，執(zhí)著于虧電性能的指標(biāo)優(yōu)化只會帶來過度動力儲備和由此產(chǎn)生的不此外，隨著電機的技術(shù)進步和高速化、高壓化的發(fā)展趨勢，發(fā)電機和驅(qū)動電機效率在不斷提升，二者的串聯(lián)總效率逐漸接近PH混動變速箱的傳動效率。高轉(zhuǎn)速驅(qū)動電機也增強了REEV的高速動經(jīng)濟性層面的優(yōu)勢已不明顯。因此，小型簡潔的增程器匹配適度此外，增程式電動汽車中發(fā)動機與驅(qū)動車輪完全解耦，使靈活化的車輛驅(qū)動形式成為可能。由于發(fā)動機不直接驅(qū)動車輪，因此無需傳動軸即可實現(xiàn)發(fā)動機前置、驅(qū)動電機后置的動力布局，通過后輪驅(qū)動實現(xiàn)更優(yōu)的車輛平衡與動力性能。目前單驅(qū)動電機REEV普遍采用后輪驅(qū)動，雙電機四驅(qū)REEV后置電機功率也大于前置電機。在新能源動力方面，增程式電動汽車具有更好的拓展性與協(xié)同性。目前學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界正前沿探索的甲醇、液氨等低碳/零碳燃料應(yīng)用于發(fā)動機中的功率和轉(zhuǎn)矩密度不如汽/柴油機。但增程式電動汽車中發(fā)動機僅用于增程發(fā)電不參與車輛驅(qū)動，擺脫了對發(fā)動機動力性能的依賴，更加關(guān)注發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性與排放性能，為低碳/零碳燃料的發(fā)展應(yīng)用帶來更多可能。同時，增程式電動汽車動力架構(gòu)可與純電動車共平臺，與氫燃料電池技術(shù)也具有更高的協(xié)同性。新勢力車企零跑汽車基于純電技術(shù)衍生出增程平臺，老牌車企長安深藍SL03車型更是同步推出純電、增程以及氫燃料電池3個動力版本。因此對于新勢力車企，增程式電動汽車是低門檻的入局突破點；對于老牌車企，REEV則是高性增程式電動汽車通過油電混合解決了消費者對純電動車的補能焦慮；與日產(chǎn)e-POWER等常規(guī)串聯(lián)混動技術(shù)相比REEV動力電池容量更大，利用國內(nèi)油電價差特點降低了消費者的日常用車成本。然而大容量動力電池的應(yīng)用為增程系統(tǒng)動力總成的車內(nèi)布置帶來挑戰(zhàn)，電池成本也較高，使其較難應(yīng)用于緊湊型車上，目前中國車企主要將大電池插混增程技術(shù)搭載于SUV等中大車型上。展望未來，增程式電動汽車大容量動力電池的技術(shù)特點不會改變，精簡發(fā)動機以減小增程器尺寸、增加變速器擋位以減小驅(qū)動電機尺寸、提高電池能量密度以減小動力電池尺寸等方案可用于解決增程系統(tǒng)動力總成的空間緊湊性問題，使增程系統(tǒng)適用于A級轎車等更多車型，從而拓展增程技術(shù)的市場應(yīng)用范2并聯(lián)混動并聯(lián)混動旨在通過發(fā)動機與電機的動力疊加滿輸出要求，適用于高速工況，與歐美消費者的用車習(xí)慣匹配度高，故多為歐美車企所用。為應(yīng)對中國乘用車市場細(xì)分領(lǐng)域用戶需求，部分中國車企選擇了多技術(shù)路線并行的混動總成戰(zhàn)略布局，沿節(jié)能性與動力性兩條路徑發(fā)展混動技并聯(lián)混動汽車的典型工作模式包括純電驅(qū)動、混動、制動能量回收與電池補能。并聯(lián)混動的最大特點了傳統(tǒng)發(fā)動機的強勁動力和傳統(tǒng)變速器的多速比，使發(fā)在低速起步、中高速超車、高速巡航等全速域工況參與車輛驅(qū)動；在高寒、高溫等全溫域工況下并聯(lián)混動車也可以最小化機性能衰減帶來的影響，保障車輛以高穩(wěn)定性、強動力電機就實現(xiàn)了整車的強動力四驅(qū)。如圖所示，Hi動箱為基礎(chǔ)，整車動力經(jīng)變速器進入分動箱，通過車輪傳感斷車輛前后橋動力需求，通過多片電磁離合器將動力按需分的挑戰(zhàn)在于其核心的多片離合器結(jié)構(gòu)所能承受的轉(zhuǎn)矩上限不高，與其他插電式強混系統(tǒng)相比，并聯(lián)混動技術(shù)較IC較小，P2單電機兼具發(fā)電與驅(qū)動功能，整車饋電能力期的并聯(lián)混動車型也往往由ICEV簡單改造而來，相比車輛本身，消費者更在意購買混動汽車所補貼的免費牌照或路權(quán)優(yōu)也僅將并聯(lián)混動車型用作雙積分平衡工具，以滿足節(jié)能與新能源汽車政策要求。而在2021年以來中布的新一代混動系統(tǒng)中，P2單電機并聯(lián)混動技術(shù)的到進一步強化，通過搭載于更適配的極限越野細(xì)分車型單電機并聯(lián)混動相較混聯(lián)混動燃油經(jīng)濟性差的問題，推具有產(chǎn)品力的并聯(lián)混動車型。對比純?nèi)加驮揭败囆?，混電混合后，混動越野車型的綜合油耗與用車成本也更低電動越野車型，混動越野則解決了續(xù)航里程、電池安全溫限矩導(dǎo)致打滑等痛點問題。此外，并聯(lián)混動系統(tǒng)中，電機的輸出功率疊加后，還可經(jīng)多速比變速器放大轉(zhuǎn)矩強勁的動力輸出；混動越野僅使用單電機即可實現(xiàn)整車機械四驅(qū)，相比通過雙電機乃至四電機實現(xiàn)的純電四驅(qū)成本更低、混聯(lián)式混動汽車包括串并聯(lián)和功率分流2條田THS混動系統(tǒng)的專利保護，國內(nèi)車企僅有吉利與發(fā)的CHS混動系統(tǒng)屬于功率分流技術(shù)。為規(guī)避豐田的專利技術(shù)，CHS混動系統(tǒng)采用雙排行星齒輪結(jié)合三離合器實現(xiàn)輸入本較高，有很多局限性，但2020年推出的比亞迪DM-i繼承了其P1+P3雙電機插電式串并聯(lián)的混動技術(shù)風(fēng)格，國車企以電為主、以油為輔的大電池插電混動技術(shù)新時代。迪DM-i混動系統(tǒng)動力總成主要包括混動專用發(fā)動機、混動專用變速器以及動力電池。其中EHS混動專用變速器集成了位置的發(fā)電電機、位于P3位置的驅(qū)動電機、直驅(qū)離合器與單擋器。比亞迪DM-i混動系統(tǒng)動力架構(gòu)及EHS混動專用變速器結(jié)構(gòu)速與車速解耦，并通過大容量電池進行能量調(diào)度管理，基于這一技術(shù)思路，搭載比亞迪DM-i系統(tǒng)的混動車型在中低車與車輛驅(qū)動。電量充足時DM-i混動系統(tǒng)可實現(xiàn)同BEV的平順駕駛體驗，虧電狀態(tài)下也能實現(xiàn)低油耗。駕駛體驗與用車迪也貢獻了2023年P(guān)HEV市場近四成的銷量。比亞迪DM-i混動系統(tǒng)的市場成功吸引了各車企的投入布局，東風(fēng)、上汽、奇瑞、吉利、一汽、廣汽、長安等國內(nèi)一線車企布有單擋串并聯(lián)插混產(chǎn)品，其混動系統(tǒng)在動力架構(gòu)上具有相似性，系統(tǒng)在燃油經(jīng)濟性與駕駛平順性方面的優(yōu)勢與中國消費者剛聯(lián)混動系統(tǒng)的動力性，比亞迪DM-i選擇使用超高轉(zhuǎn)速扁線電機驅(qū)動電機提升整車的動力性。東風(fēng)DD-i混動系統(tǒng)則選擇加大發(fā)亞迪DM-i混動系統(tǒng)最大動力在純電驅(qū)動模式下實現(xiàn)，發(fā)動機與機共同驅(qū)動車輛，通過雙動力源輸出動力的并聯(lián)疊加實現(xiàn)全性能釋放。與比亞迪DM-i完全基于電機驅(qū)動實現(xiàn)整車動力性提升與全動力輸出相比，東風(fēng)DD-i及上汽DMH從發(fā)動機角度優(yōu)化車輛的動力性能，對發(fā)動機驅(qū)動的重視程度更高。然動機單一驅(qū)動擋位限制，單擋串并聯(lián)混動系統(tǒng)中發(fā)動機介的工況始終有限，為了提高發(fā)動機在整車驅(qū)動中的參與度車企創(chuàng)新發(fā)展出多擋串并聯(lián)混動系統(tǒng)，通過發(fā)動機與驅(qū)動電機的輸出動力可在更寬的速域范圍內(nèi)并聯(lián)疊加，奇瑞鯤鵬與吉利雷神，以及4擋串并聯(lián)加功率分流的各有3個擋位，其核心結(jié)構(gòu)如圖所示。常規(guī)串并聯(lián)混動系統(tǒng)主要實現(xiàn)純電驅(qū)動、串聯(lián)混動、并聯(lián)混動、發(fā)動機直驅(qū)、制動能量回收、駐車充電與行車充電7大工作模式，奇瑞鯤鵬則在此基增加了雙電機純電驅(qū)動與雙電機制動能量回收2種工作驅(qū)動及制動能量回收，P1電機負(fù)責(zé)增程發(fā)電，通常不參與車輛驅(qū)器擋位放大電機輸出轉(zhuǎn)矩，從而降低電機本身性能要求，進而降放大轉(zhuǎn)矩提供可觀的輔助驅(qū)動力，實現(xiàn)全工況的整車高效運行與與單擋串并聯(lián)混動系統(tǒng)相比，多擋串并聯(lián)機械結(jié)構(gòu)更復(fù)對復(fù)雜的多擋位變速器的應(yīng)用并不絕對等同于混動系統(tǒng)的上升。多擋混動系統(tǒng)中，處于變速器輸出軸之前的轉(zhuǎn)矩。也即通過多擋位變速器的使用，小功率動力源可擋混動系統(tǒng)中大功率動力源同等的驅(qū)動效果，動力源功降低混動系統(tǒng)對電機的性能要求，進而降低電驅(qū)系統(tǒng)的寸，軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，更強調(diào)發(fā)動機在混動系統(tǒng)力，但其不受變速器空間尺寸限制，可通過加大電機功系統(tǒng)中，動力系統(tǒng)均布置在前軸，無法充分利用所有車輪發(fā)動機調(diào)節(jié)、發(fā)電以及輔助驅(qū)動，P4電機位于后橋主使用2個電機即可四輪驅(qū)動功能，并結(jié)合iT變速器機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量流經(jīng)機電耦合裝置時存在一定損耗，換擋時也存在切換頓挫感。相比之下，功率分流混動技術(shù)利用行星齒輪實現(xiàn)無級變速，提供平順的駕駛體驗，在城市工況下能實現(xiàn)較低油耗，但高速工況下車輛的動力性與燃油經(jīng)濟性系統(tǒng)，創(chuàng)新性地發(fā)展了雙模功率分流與多擋串并聯(lián)相結(jié)合的融合式混聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)兩種混聯(lián)混動技術(shù)的優(yōu)勢互補。如圖實現(xiàn)雙模功率分流以及4擋串并聯(lián)。通過將功率分流用于換擋過程，充分發(fā)揮其無級調(diào)速以及動力無中斷的優(yōu)勢，解決多擋串并聯(lián)的換擋頓挫問題。通過為城市工況、市郊高架、高速巡航以及高功率極限工況匹配的不同工作模式，對功率分流及串并聯(lián)取長國車企基于中國實情發(fā)展出的中國特色大電池插混技術(shù)油電混合電價，實現(xiàn)不亞于BEV的低使用成本，通過大幅減少電池容量需求可進一步降低購車成本，且沒有里程、補能、低溫氣候等焦慮，獲得廣大消費者的青睞，市場銷量增長迅猛?；靹酉到y(tǒng)在動力混合、能量混合、混合度、能量來源等方面的靈活性使其可衍生出多樣化的動力總成技術(shù)方案，針對特定細(xì)分增程式電動汽車與大電池插電式串并聯(lián)混動是當(dāng)前中國領(lǐng)域的技術(shù)熱點，中國車企求同存異沿此技術(shù)方向發(fā)展出差異化的混動系統(tǒng)，采用不同技術(shù)方案追求燃油經(jīng)濟性、成本經(jīng)濟性、驅(qū)動動力性與駕駛平順性四大共性設(shè)計指標(biāo)的提升，體